레이저 프로젝터
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1. 개요
Laser Projector
레이저를 직접광원으로 하여 이미지를 투사하는 기계를 통칭한다. 그래서 laser CNC는 프로젝터가 아니다. 속도가 늦어 이미지를 투사할 수 없으며, 빔을 확인할 수 없다. 또한 레이저를 광원으로 하나 여기휠 등 LEP를 사용하는 경우도 레이저 프로젝터가 아닌 레이저 광원을 사용한 LCD또는 레이저 광원을 사용한 DLP프로젝터라고 한다.[1]
2. 일반적인 레이저 프로젝터
2.1. 기본 구성
레이저 프로젝터는 기본적으로 DPSS 레이저와 검류계[2] 2기를 사용한다. 일반적으로 볼 수 있는 다양한 색상의 레이저들은 DPSS 레이저를 RGB 색상별로 3개를 설치한 뒤, 특수한 거울을 사용해 광축을 중첩한 레이저를 중첩하여 사용한다..
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이 때 가장 중요한 것이 검류계로, 위 사진과 같이 생겼다. 조그마한 거울이 엄청나게 높은 출력의 모터와 장착되어 있다. 상당한 속도로 거울을 움직이게 된다. 일반적으로 스캔에 필요한 주파수는 ILDA 성능표에 따라 다르지만, 이러한 검류계가 최대한도로 작동할 경우, 1초에 40Khz로 거울을 돌릴 수 있다. 이것은 레이저 프로젝터에서 가장 중요한 부분이며, 검류계의 성능은 ILDA 스캔 속도와 그 속도에서 이동 가능한 최대 각으로 나타난다.
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이러한 검류계를 스캔방향에 따라 마운트하는데, 어차피 평면주사를 하기 때문에 x,y 축으로 나누어서 검류계도 x,y 축으로 나누어 장착된다.
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여기까지가 레이저 프로젝터 구성 기본형이다. 레이저빔의 출력과 검류계의 움직임을 제어하면 기초적으로 위와 같은 빔을 쏠 수 있다. 사진의 이미지는 x축 검류계만 최대 범위로 움직이면서 레이저를 끄고 켠 모습이다.
2.2. ILDA
레이저 프로젝터를 구입할 경우, 대부분의 나무위키러들은 ILDA 지원 제품을 구입할 것이다. 요즘은 ILDA 미지원 제품을 찾아보는 것이 더 힘들다. ILDA는 International Laser Display Association의 약자로, 여기서 나오는 여러가지 규정들이 레이저 디스플레이 업계 표준이된다. 이 단체에서 규정한 인터페이스와 패턴이 레이저 프로젝터에서 매우 중요한 역할을 한다.
ILDA 패턴은 프로젝터의 성능과 상태를 점검해 볼 수 있는 패턴이다.
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상기 이미지에 나온 패턴을 백터로 전환해, 레이저 프로젝터의 ILDA 인터페이스로 보내면 레이저 프로젝터에서 투사하게 된다.
2.2.1. A test for Scanner Argument
중간의 사각형과 원은 스캔 속도를 의미하며, 속도가 너무 빠르면 사각형이 원을 잡아먹고, 너무 느리면 원이 사각형을 먹는다. 두 도형이 정상적인 모양으로 붙어있어야 정상.
네모의 각이 칼각 인지를 통해 검류계의 댐핑을 조절한다.[3]
일반적으로 오버슛[4] 혹은 언더슛[5]이 발생한다. 검류계의 성능 문제이므로 짜증나면 검류계를 바꾸는 수 밖에 없다.
동그라미가 정확하게 그려지면, x 검류계와 y 검류계의 위상이 정확하게 일치하는 것. 신호로는 sin을 위상차 +90으로 주게되었을 때, 정확한 원이 그려진다면 스캐너의 위상이 정상이라는 의미.
X와 Y는 서로 표현 가능한 끝자락에 있다. Y는 중앙 맨 위에, X는 가장 오른쪽에 있어야하며, 이 위치가 이상하다는 건, 검류계컨트롤러가 X, Y 스캔위치를 잘못 잡고 있다는 의미가 된다. 적당히 디버깅 해서 재조정해주면 된다.
가장 바깥쪽의 사각형은 이 스캐너가 표현 가능한 최대한도의 범위를 나타낸다.
가장 중앙의 십자표시는 중앙부 위치를 점검하는 것이다. 이상하다 싶으면 디버깅으로 처리하면 된다.
2.2.2. B Test for Blanking Alignment
검류계가 순간적으로 움직이는 속도를 측정하는 것.
윗 수평 라인과 아래 수평라인이 작은 수직 라인과 근접하면 제대로 된 검류계다. 실질적으로 들러붙는 경우는 불가능하다.[6]
그 아래에, 줄이 있다가 끊어지고 다시 이어지는건 스캔 도중 빈 공간을 뛰어넘고 다시 스캔하는데 있어, 정상적으로 가, 감속을 하는지 체크하는 것이다.[7] 선이 정확하게 중앙에 있으며, 길지도, 짧지도 않아야 한다.
아랫쪽에 점 6개가 박힌건, gain과 bias를 확인하는 것으로, 6개의 점이 모두 보여야 한다. 왼쪽에서 3번째 점이 gain, 가장 오른쪽 점을 bias를 나타낸다.
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사실, 제대로 통과하는 기기는 잘 없다.
2.3. 쏘아보기
프로젝터를 사면, 필수적인 컨트롤러 (Pangolin QM2000이나 LaserAnimation DSP 같은)가 있는데, 그 컨트롤러를 PC에서 리모트 할 수 있게 해주는 프로그램이 있다.[8]
이렇게 프리셋 페턴이 있거나, Autodesk AutoCAD 혹은 Adobe Illustrator 혹은 Inkscape 등의 백터 편집 프로그램으로 경로를 짜넣어도 된다. 그리고, 프로그램 자체에서 이미지 파일을 읽어들여 백터로 변환하도록 하는 것들도 있으니 크게 겁먹지 않아도 된다.
투사 기법으론, 벽이나 스크린에 투사하는 선주사 방식과 스모그를 발생시켜 면을 만들어내는 방식이 있다. 사실, 대부분의 프로젝터가 면주사 방식을 위해 사용되지 벽에 쏠려고 하는 용자 는 잘 없다.
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이것이 일반적으로 쓰는 기술. 그래서 제공 패턴도, 주사 양식에 따라 다 다르다. 특히 면을 스캔하는 것들은 선간 색상도 빠르게 바꾸도록 프리셋에 설정된다.
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대표적인 효과로, 원이나 네모 도형을 출력하여, 터널을 만드는 것으로, 쉽게 쏘고 좋은 효과보기에 적절한 기법이다.
이 외에 파도타기라든지[9] 꽃피우기라든지[10] 종류 장난아니게 많다.
2.4. 시연 장면
평면으로 나오는 효과가 벽에서 얼마나 처참하게 망가지는지 보여준다. 끝에쯤에 스크린을 펼치는데, 이것도 은근히 많이 쓰는 기법 중 하나다.
당연히 공연 제어프로그램은 레이저 프로젝터 컨트롤 소프트웨어 연동이다. 노래랑 싱크 맞추기 된다.
- 텍스트는 쏘면 안돼요
일본어를 투사하는 장면이다. 한자가 나오는 장면에선 스캔속도가 느려지면서[11] 선이 그려지는 것이 간간히 보일 정도다.
참고로, 위의 영상에 쓰인 검류계는 40kpps 의 성능을 가지고있다. 40kpps 라고 하면 감이 잘 안잡힐 것 같은데, 레이저 프로젝터중에선 엄청나게 빠른 편이다. 현재 시중에 나와있는 제품 중 가장 빠른 제품이 CT6210 Scanner로, ILDA 미대응에서 60kpps 의 속도를 보여준다. 아니면, DT40ProW Scanner 를 쓰게되는데, 이 제품은 무려 90도의 각도에서 40kpps 로 작동한다. 이 스케너가 장착된 모델은 Ultra-635 라는 레이저 프로젝터로, 출력은 35W, 가격은 US $184,995.00다. 한화로는 약 '''2억 원(!)'''.[12]
위키니트들이라면 40kpps는 꿈에도 못꿀 장비고, 빨라봐야 20kpps 의 제품을 쓰게되니 텍스트를 굳이 쏘아야 한다면 별도의 송출 프로젝터를 구성하도록 한다.
진짜로 그렇게 한 곳이 있다. 캐릭터는 40kpps 의 스캐너를 사용하고 텍스트는 25kpps 의 스캐너를 사용했는데, 코멘트에 보다시피 Lyric is SUCK 이라고 할 정도로 개판으로 나온다.
- 스크린을 이용한 연출을 하고 싶어요
보통 스크린에 쏜다는 말은, 결국 이미지를 쏘겠다는 말이니 저속 스캐너를 사용하지 말 것. 영상의 레이저 프로젝터는 모두 40kpps 로 작동한다.
- aparture 가 뭐고 shuttertime 이 뭔가요
shuttertime 는 레이저 프로젝터에서 살짝 다른 개념인데, 레이저빔이 하나의 스크린을 구성할 때 최대의 시간을 결정하는 값으로, 이 값이 높으면, 만약 점을 쏜다고 칠 때 사람이 보면 실명할 수도 있지만, 너무 낮게 잡으면 화면을 그릴 시간이 부족해지는 현상이 발생하므로 적절하게 선택하는 센스가 필요하다. [14]
- 스모그를 이용한 효과적인 연출 기법들이 궁금해요
- 프로젝터랑 DMX랑 싱크를 맞추고 싶어요
- 동영상 같은걸 어떻게 레이저 프로젝터로 쏘나요.
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움직이는 이미지를 이렇게 하나의 클립으로 만들어내야하고, 그걸 또 타임라인에 올려서 노래랑 싱크를 맞추어야 한다. [15]
3. 화상 투사가 가능한 레이저 프로젝터
3.1. 초기의 기술
garvo의 성능이 올라가면서, 스캔 성능이 상승하여 가능해진 기법으로, 기존 DLP 프로젝터가 구사하지 못하는 초대형 초 고휘도의 영상을 쏠 수 있게 하여 나온 것이다. 꼭 큰쪽으로만 발전하는 건 아니고, 작은 쪽으로도 발전한다.
사실, 이 기술의 최대 난관이 스캐닝이었는데, 수평주파를 폴리곤 스캐너에 의존하는 방법을 사용한다.
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<이것이 폴리곤 스캐너이다. 육각형의 단면이 거울. 회전속도는 높으면 250KRPM까지 올라간다. 엄청나게 빠르게 작동하는 녀석.>
왜냐하면, 둘 다 폴리곤 스캐너 사용 시 큰 문제가 발생하는데, 바로 상이 마름모꼴로 변해버린다. 수평스캔 동안 수직으로도 미세하게 움직이기 때문에 결과적으로 수평스캔이 끝나는 곳의 y축 위치가 다음 수평스캔의 시작점 y위치와 일치해버리는 것. 프레임수가 낮을수록 두드러지게 나타난다.다른 방법으로, 폴리곤 스케너를 해상도 별로 각을 만들어, y축의 위치를 한번에 바꾸도록 하는 기법이 있는데, 이러면 폴리곤 스케너가 고속으로 회전을 못한다.[16] 게다가, 만약 해상도가 1080p이면, 폴리곤 스케너의 미러 면이 1080개 있어야 한다는 것인데, 지금 6개짜리도 잘만드네 못만드네 하는 상황에서 도저히 무리라는 것.
3.2. 그러나...엄청난 것이 등장
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MEMS 광학계가 등장하게 되는데[17], 초소형의 거울을 x,y 코일을 이용해 움직이는 것으로, 새끼손톱 만한 크기의 소자로 x,y 스캐닝이 가능하단 장점으로 피코 프로젝터 대부분이 이걸 사용한다.
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그러던 중 AOM라는 소자가 등장했다. 이것의 이름은 Acousto-optic Modulator란 것으로, 응답성이 매우 빠른 피에조 소자로 거울을 구동한다.
폴리곤 스캐너를 아무리 빨리 돌려봐야 스캔속도가 100khz도 나오지 않았지만, AMO는 400Mhz의 속도로 스캐닝이 가능했고, 이는 영상 기술로도 사용이 가능한 새로운 관문을 열어주는 계기가 되었다. 게다가 DLP를 이용한 거울 제어까지 등장하면서 수평, 수직 스캔 모두 만족스러운 응답성을 확보, 게다가 두 소자 모두 소자 라는 이름에 걸맞게 엄청나게 작게 만들수 있게 되면서 소형 및 대형 레이저 프로젝터 모두 고화질 영상 프로젝터로서의 새로운 두각을 나타낼 수 있게 되었다.
그런데 나중에 실리콘계열 MEMS 가 나오면서 반응속도가 이젠 기가헤르츠로 올라갔다.오오공돌이 오오공밀레
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그 결과물이 바로 이것이다. Evans & Sutherland사의 ESLP이며, 8192 x 4096의 해상도를 갖는다. 그래서인지 다분히 부피가 큰 AOM 은 또다시 자리를 잃고 말았다.
결국 대세는 MEMS 광학계.
이 MEMS광학계를 사용한 레이저 프로젝터로 소니 4K 단초점 프로젝터, LG Hecto가 있다. 레이저 특성상 초점을 맞출 필요도 없고 100인치대 화면을 투사하기 위해서 겨우 10센티미터대의 이격거리만 요구한다. 역시 레이저기 때문에 밝은 곳에서도 선명한 화면을 보여준다. 다만 가격이 거의 천만원에 달하고(소니 제품은 4K 이므로 5천만원이다.) 광원의 수명도 그다지 길지 않는다는 것이 문제.[18] 그냥 LCD 텔레비전로 100인치급 화면을 구현하는 것보단 싸지만 약간 타협을 해서 50인치급 4개로 구현하면 400만원 이하로 만들 수 있어 월등히 저렴해져버린다.
2019년 가을에는 샤오미의 4K 프로젝터가 200만원 정도에 팔리고 있다.
3.3. 장점
무한대에 달하는 명암비는 가장 큰 장점이다. 이는 AMOLED를 생각하면 쉽다. 레이저도 응답성이 아주 높은 거라서.[19] 그리고, 초점의 설정이 불필요하다는 것. 레이저빔은 일단 집중시키면 다시 확산되지 않기 때문에 초점 설정을 하지 않아도 된다.[20]
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마지막으로, 스캐너의 속도가 높아지면 무한대로 해상도가 증가한다. 단적인 예로 ES라는 회사에선 세계 최초로 단일 8K 스캐닝을 하는 레이저 프로젝터를 출시한 바 있다. 심지어 채널당 12bit의 입력이 필요한, 말 그대로 최상의 시네마 프로젝터를 만들어 낸 셈.[21]
3.4. 시연장면
히타치에서 나온 제품. 모바일인데 상당히 밝다.
스캐너가 중요한 이유를 보여주는 영상. 중간에 줄 팍팍가는 모습.
LG 헥토 시연영상. 영상이 보이는 화면은 그냥 스크린이고 스크린 바닥에 있는 게 프로젝터다.
소니 4K 단초점 프로젝터 영상. 벽 앞에 있는 장식장 같이 보이는 것이 프로젝터다. 가격은 5만달러 정도 한다.
[1] 지금의 LCD모니터 백라이트가 CCFL에서 LED가 되었다고 해서 기술적으로 LED TV라고 부르지 않는것과 비슷하다.[2] Galvanometer/Galvo. 이 문서에서는 검류계로 통칭하지만 레이저 프로젝터에 사용되는 Galvo는 빠른 속도로 회전하는 거울 형태의 스캐너를 의미한다.[3] 스피커의 댐핑과 똑같은 의미로, 움직임을 얼마나 빨리 없앨 수 있는가를 나타낸다. 검류계는 거울과 모터이므로, 이 수치가 아주 중요하다.[4] 튀어나가는 듯한 무늬[5] 말려들어가는 무늬[6] 그게 가능한건 오로지 광학식 프로젝터 뿐...[7] 검류계는 일반 CRT 처럼 수직주파나 수평주파를 하지 않는다. 표현하는 영역이 아니면 최단거리를 최대속도로 뛰어넘어 다음 구간을 그려낸다.[8] 레이저를 컨트롤하는 프로그램을 구입하는 것이 아니라, 레이저 프로젝터를 컨트롤 하는 "컨트롤 보드"를 프로젝터와 연결하고 PC를 통해 리모트 하는 것. 레이저 프로젝터를 샀다고 프로그램이 딸려오는 것이 아니다.[9] 사인파형을 주사하면서 짧은 간격으로 출력을 올리는 기술[10] 윤곽선의 색이 촘촘하게 다른 타원형 수평방향에서 정면으로 끌어오면서 타원을 확대하고, 색을 변화기키는 기법[11] 단순하면 fps 가 올라가지만, 복잡하면 fps 가 느려진다. 그래서 검류계속도에 목숨을 거는 것.[12] 6215HB Scanner 역시 ILDA 미대응의 60kpps 스캐너이다. 게다가, 60kpps작동을 위해 투사각을 4도로 줄여야 한다. 그냥 점쏘는 용도가 아니면 사지 않길 바란다. 단, 50kpps에서 70도의 투사각을 가지는 ILDA 대응 스캐너가 소량 있긴 하니, 그것을 써보자. http://www.youtube.com/watch?v=cT2Z5DI0p8s 이 영상의 프로젝터가 그 검류계를 장착하고 있다.[13] 어차피 어느정도 출력 되면, 먼지때문에라도 보인다.[14] 고속의 검류계를 이용하는 scanner 를 사용하면, shuttertime 을 낮출 수 있다. 보통 30fps 정도@40kpps[15] 이는 DMX 도 피해갈 수 없는 숙명이다. 조명 효과가 얼마나 만들기 어려운지 보여주는 단상.[16] rpm이 얼마인지 다시 확인해 보자.[17] 본래 MEMS 는 초소형 전기구동 시스템을 의미하는 것이다. 여기선, 그 중에서도 광학계열의 MEMS 를 다루고 있다.[18] 그래도 기존 프로젝터의 램프 수명보다는 최소 10배 이상 길다. 가정용에서 쓸 경우 수명이 거의 반영구적이라고 할 수 있으나 아직 레이저 프로젝터를 많이 쓰는 곳은 박물관이나 영화관 등과 같이 하루에 10시간 이상 사용하는 곳이기에....[19] 단 이때 DPSS는 사용이 불가능하다. DPSS의 원리상 2체배에 쓰이는 크리스탈이 여광을 가지기 때문. 그래봐야 μs 단위지만, 영상주사시엔 바로 문제가 된다.[20] 기기 자체에서 미리 레이저를 최대한 작은 빔폭으로 설정하여 스캐너에 집어넣어 영상으로 보내주기에 미리 초점이 맞춰진 셈.[21] 단, 늘 말하지만 가격 보장 못한다!!!!!!